JP2008183995A

JP2008183995A - 自転車用無段変速装置

Info

Publication number: JP2008183995A
Application number: JP2007018223A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Sugino; 貴昭杉野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】Ｖベルト式の無段変速装置において、可変プーリの有効径の変異量をより大きくすることができるようにする。
【解決手段】無段変速装置は、駆動プーリ(4)とＶベルト(15)を使用し、一方の回転軸の駆動力を他方の回転軸に伝えるもので、駆動プーリ(4)は、回転軸(3)に固定されている固定プーリ片(8)と、固定プーリ片(8)へ向け回転軸(3)に沿って進退可能に取り付けられている可動プーリ片(9)とを備え、固定プーリ片(8)と可動プーリ片(9)との間隔は変速操作手段により調整される。固定プーリ片(8)と可動プーリ片(9)は、それぞれ駆動用Ｖベルト(15)が巻き掛けられる摩擦伝動面(82,92)を有し、各摩擦伝動面(82,92)には、可動プーリ片(9)が固定プーリ片(8)側へ動くことにより相互に噛み合う事が出来る収容部(83,93)と挿入部(82a,92a)が周方向へ交互に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、Vベルト式の無段変速装置及びそれを備えた自転車に関するものである。

自転車などは現在チェーン駆動が主流であるが、一段直結変速の場合、変速比が固定のため、人によってはその変速比が重すぎたり軽すぎたりする問題が生じ、特にお年寄りや女性に顕著に現れるものである。また、多段変速の自転車の場合においても、このギア比では軽すぎるが、一段変速比を重くすると重すぎるといった問題がしばしば生じる。

これを解決するものとして、特許文献1には自転車駆動側にVベルト及びVプーリを利用し、構造を簡単にした無段変速装置を組み込んだものがある。

ところで従来のVベルト式無段変速装置の変速駆動制御は負荷検出機構や変速比設定機構または電子制御回路及び調整駆動機構等の高度な機構を必要としていたため、小型の産業用機械、或いはオートバイや自転車の搭載には不向きであった。特に自転車の場合は、この様な無段階変速制御機構の搭載は不可能なため、チェーンとギアによる有段変速機構が採用されているが、上記のようにギア比が乗る人に適しておらず、ギアの段を適切に切り替えたとしてもペダルを踏む重さが段階的に変わって、乗る人にストレスを与えていた。

特開平5-278668

特許文献1記載のものは、変速用ベルトとして、通常の市販のVベルトを用いているが、十分な変速幅を得るためにV溝の中心角度が小さく、プーリ同士を圧着するのに相当な力を要し、手動で変速できない恐れがある。また、このプーリ構造のように、V溝の斜面下端(最小径部)が当接する時が有効径が最大となる構造では、変速幅を稼ぐにもプーリを厚くするには限界があり、十分な変速幅が期待出来ない為、駆動および従動プーリを変位させる、両変速方式が必要になっていた。

本発明の目的は、Vベルト式の無段変速装置において、駆動プーリ有効径（Vベルトが掛かっている部位の直径）の変位量（変動域）を大きく取れるようにする事である。またこれにより、例えば駆動プーリだけを変位させる片変速方式を可能にし、構造を簡略化して、自転車への搭載を可能にする。

上記課題を解決するために、本発明が講じた手段は次の通りである。

本発明は可変プーリとVベルトを使用し、可変プーリは、回転軸に固定されている固定プーリ片と、回転軸に対し固定プーリ片へ向け回転軸に沿って進退可能かつ軸周方向には回転しないように取り付けられている可動プーリ片とを備え、固定プーリ片と可動プーリ片との間隔は変速用ハンドルを回転させることにより調整されるようにしてあり、固定プーリ片と可動プーリ片は、それぞれVベルトが巻き掛けられる摩擦伝導面を有し、両摩擦伝導面には、可動プーリ片が固定プーリ片側へ動くことにより、相互に噛み合う事が出来る収容部と挿入部が周方向へ交互に設けられており、挿入部の表面は摩擦伝導面を構成している無段変速装置である。

本発明はこの構成において、Vベルトの張力を摩擦伝導面に対し滑らないよう調整するテンショナーを備えているものである。

更に本発明は、前記無段変速装置が、駆動側の回転軸または従動側の回転軸あるいは双方の回転軸に設けられている、無段変速装置付自転車である。

各プーリ片の摩擦伝導面の径小側に設けられている挿入部を相互に他方のプーリ片の収容部に収容して噛み合わせる機構としたので、従来のようにV溝面（摩擦伝導面）の径小端が合わさって有効径が最大となる機構と比べて、可動プーリの移動幅を大きくとる事ができ、互いの摩擦伝導面の径大側をより接近させる事が可能になる。

これにより、摩擦伝導面を半径方向へより長く形成する事が出来るので、変速プーリの有効径の最大と最小の差即ち変速比を従来機構に比べて大きく設定する事ができる。また、この様に変速プーリの有効径の最大と最小の差を十分に確保する事ができる機構があるので、V溝面の中心角を比較的大きく設定する事によって、Vベルトのいわゆるくさび効果を調整して変速の際のVベルトの拡縮がしやすいようにする事も出来る。

以上のように本発明によれば、噛み合い式変速プーリを採用することにより、変速プーリ有効径の変位量がコンパクトで大きく取れ、無段変速機装置の変速プーリを小さく設計できる。また、噛み合い式を採用することにより、摩擦伝導面の挿入部及び収容部の隙間に、駆動用Vベルトが食い込み、ベルトの掛かりが良くなる。

本発明を図に示した実施例に基づき詳細に説明する。

図1は本発明の無段変速装置付自転車の概略説明図、図2は本発明の無段変速装置の構造を示す断面説明図、図3は噛み合い式Vプーリの構造を示し、（a）は正面図（b）は噛み合い面外観図、図4は本実施の形態のものと従来式の差異を示した断面図である。

本発明の無段変速装置付自転車1には人間の脚で踏力を与えるクランクペダル2を取り付けたクランクペダル軸3と、駆動プーリ4、従動プーリ5、およびテンショナー6が設けられている。また、自転車本体1、車輪、フレーム7は既存の自転車を利用している。

無段変速装置は、駆動プーリ4、従動プーリ5、テンショナー6、駆動用Vベルト15及び変速手段である、変速用ナット11、ボス雄ネジ12、変速用ハンドル13、変速用Vベルト16で構成されている。クランクペダル軸3には、可変プーリである駆動プーリ4が取り付けられている。駆動プーリ4は、クランクペダル軸3に固定された固定プーリ片8とクランクペダル軸3に対して軸方向にのみ移動可能な可動プーリ片9を対向に配置して形成されている。可動プーリ片9はキー10によりクランクペダル軸3回転方向に回転しないよう制限してある。

図3を参照して固定プーリ片8と可動プーリ片9の構造を説明する。固定プーリ片8と可動プーリ片9は、ほぼ同形状であり、構造については8を主に説明する。尚、可動プーリ片9は中心孔にキー溝を有しているが固定プーリ片8は中心孔80にキー溝を有していない。

固定プーリ片8のプーリ中心には中心孔80を有し、外周縁には、V溝を形成する円錐面の一部を構成する曲面である摩擦伝導面82を有し、摩擦伝導面82の径小側に挿入部82aと収容部83が周方向へ等間隔で設けられている。固定プーリ片8の挿入部82aは可動プーリ片9の収容部93と、可動プーリ片9の挿入部92aは固定プーリ片8の収容部83とほぼ隙間なく噛み合わせる事が出来る。

クランクペダル軸3に取り付けられたボス雄ネジ12はフレーム7に固定され、変速のための雄ネジ部を有する。この雄ネジ部には変速用ナット11がネジ込んで取り付けられている。変速用ナット11は自転車本体ハンドル付近に設置された変速用ハンドル13を回転させることにより変速用Vベルト16を介して回転し、クランクペダル軸3の軸方向において進退動する。

この進退動を可動プーリ片9に伝えるために、変速用ナット11と可動プーリ片9は一体となっているが、変速時以外は変速用ナット11は軸回転方向に静止しており、可動プーリ片9はペダルを漕ぐ際は回転しているので、スラストベアリング14を介し変速用ナット11と可動プーリ片9の回転を分離している。

また、駆動プーリ4と従動プーリ5には、駆動用Vベルト15が巻きかけられている。以上のことにより駆動プーリ4の各プーリ片8,9間の間隔を変化させるような構造となっている。尚、駆動プーリ片4のみに変速機構を設ける片変速方式を採用した場合、変速比が増速側と減速側では駆動用Vベルト15の長さは異なる為、フレーム7に取り付けられている、線バネを組み込んだテンショナー6にて緩みが無いよう張力を調整している。

本実施例の無段変速装置付自転車1は以上のような構造をしており、クランクペダル2に踏力を加えると、無段変速機構を介して後車輪に動力が伝達される。尚、この様な変速機構は駆動プーリ4のみに設けても良いし、従動プーリ5のみに設けても良く、各プーリ4, 5双方に設けても良い。

（作用）無段変速装置の変速する際の挙動を説明する。図2の(a)は、変速比が最も減速側にシフトした状態であり、止まっている状態から速度を上げるためには走行抵抗が大きくかなりのトルクがかかるが、それを小さな負荷でこげるようになり、また坂道においても同様である。

速度が増してきて走行抵抗が少なくなってくると、増速側に変速してやる事が必要になるが、その為に変速用ハンドル13を回転させる。そうすると変速用Vベルト16及び変速用ナット11が回転し、ネジの締め付け力により変速用ナット11が図2(b)において右方向に動き、それに伴って可動プーリ片9が固定プーリ片8側に動く。そして、可動プーリ片の挿入部92aが固定プーリ片8の収容部83に入り、また固定プーリ片8の挿入部82aが可動プーリ片9の収容部93に入り噛み合う。この時の圧着力に駆動用Vベルト15のテンションが負け、テンションナー6で張力を調整しながら駆動用Vベルト15が押し広げられ、図2(b)図の様に回転半径が大きくなり速比が大きくなる。

また、自転車の走行が定常状態から坂道等の常時力行状態に変わるとき、トルクが掛かる事になり変速比が増速側だと足に負担がかかるため変速比を減速側にシフトしなければならない。この際は変速用ハンドル13を増速時とは逆に回転させる。そうすると変速用Vベルト16及び変速用ナット11が回転して左へ動き、ネジの締め付け力が緩和されプーリ片8,9が左右に広げられ、V溝に駆動用Vベルト15が食い込み、有効径が小さくなり速比が小さくなる。尚、駆動用Vベルト15が各プーリ片8,9の径小側へ移動した時には、この様なVベルト式の無段変速機構ではV溝表面とVベルト摩擦伝導面の接触面積が小さくなるので、滑りやすくなるが、本実施例形態の無段変速装置では、Vベルトの摩擦伝導面が挿入部82a,92aと収容部83,93の段差部または角部に食い込み、その滑り止め作用によって、駆動力の伝達が良好に行われる。

本明細書で使用している用語と表現は、あくまで説明上のものであって限定的なものではなく、上記用語、表現と等価の用語、表現を除外するものではない。また、本発明は図示されている実施の形態に限定されるものではなく、技術思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明に係るVベルト式無段変速装置付自転車の概略説明図である。本発明の無段変速装置の構造を示す断面説明図である。噛み合い式Vプーリの構造を示し、(a)は正面図、(b)は噛み合い面概観図である。本実施例の形態のものと従来式の差異を示した断面図である。

符号の説明

1 Vベルト式無段変速装置付自転車
2 クランクペダル
3 クランクペダル軸
4 可変プーリである駆動プーリ
5 従動プーリ
6 テンショナー
7 フレーム
8 固定プーリ片
9 可動プーリ片
10 キー
11 変速用ナット
12 ボス雄ネジ
13 変速用ハンドル
14 スラストベアリング
15 駆動用Vベルト
16 変速用Vベルト

本発明は、
駆動側可変プーリと従動側プーリ及びVベルトを使用し、駆動側の回転軸の駆動力を従動側の回転軸に伝える自転車用無段変速装置であって、
前記駆動側可変プーリは、前記駆動側の回転軸に固定されている固定プーリ片と、
前記駆動側の回転軸に対し、前記固定プーリ片へ向け、前記駆動側の回転軸に沿って進退可能かつ軸周方向には回転しないように取り付けられている可動プーリ片と、
Vベルトの張力を調整するテンショナーと、
を備えており、
前記固定プーリ片と前記可動プーリ片との間隔は、変速操作手段により調整されるようにしてあり、
この変速操作手段は、変速用ハンドルと、変速用ハンドルを回転させることにより回転する変速用Vベルト及び変速用ナットとを有し、変速用ナットが回転して動くことにより可動プーリ片を固定プーリ片方向へ進退動させるように構成され、
前記固定プーリ片と前記可動プーリ片は、前記駆動側の回転軸周りに、可動プーリ片が固定プーリ片側へ動くことにより互いに当接可能な面を有し、
該各面の外周部には、それぞれVベルトが巻き掛けられる摩擦伝導面を有し、両摩擦伝導面には、可動プーリ片が固定プーリ片側へ動くことにより互いに噛み合う事が出来る収容部と挿入部が周方向へ交互に設けられており、これら挿入部の表面は摩擦伝導面を構成している自転車用無段変速装置である。

本実施例の無段変速装置付自転車1は以上のような構造をしており、クランクペダル2に踏力を加えると、無段変速機構を介して後車輪に動力が伝達される。

本発明は、
駆動側可変プーリ、従動側プーリ、Ｖベルト及びＶベルトの張力を調整するテンショナーを備えており、駆動側の回転軸の駆動力を従動側の回転軸に伝える自転車用無段変速装置であって、
前記駆動側可変プーリは、
前記駆動側の回転軸に固定されている固定プーリ片と、
前記駆動側の回転軸に対し、前記固定プーリ片へ向け、前記駆動側の回転軸に沿って進退可能かつ軸周方向には回転しないように取り付けられている可動プーリ片と、
を備えており、
前記固定プーリ片と前記可動プーリ片との間隔は、変速操作手段により調整されるようにしてあり、
変速操作手段は、変速用ハンドルと、変速用ハンドルを回転させることにより回転する変速用Ｖベルト及び変速用ナットとを有し、変速用ナットが回転して動くことにより可動プーリ片を固定プーリ片方向へ進退動させるように構成されており、
変速時以外は軸回転方向に静止する変速用ナットの回転と、ペダルを漕ぐ際は回転する可動プーリ片の回転を、スラストベアリングを介し分離しており、
前記固定プーリ片と前記可動プーリ片は、前記駆動側の回転軸周りに、可動プーリ片が固定プーリ片側へ動くことにより互いに当接可能な面を有し、
該各面の外周部には、それぞれＶベルトが巻き掛けられる摩擦伝導面を有し、両摩擦伝導面には、可動プーリ片が固定プーリ片側へ動くことにより互いに噛み合うことができる収容部と挿入部が周方向へ交互に設けられており、これら挿入部の表面は摩擦伝導面を構成しており、
固定プーリ片と可動プーリ片を備えた前記回転軸は、既存の自転車のフレームに取り付け可能である、
自転車用無段変速装置である。

Claims

可変プーリとVベルトを使用し、一方の回転軸の駆動力を他方の回転軸に伝える無段変速装置であって、可変プーリは、回転軸に固定されている固定プーリ片と、回転軸に対し固定プーリ片へ向け回転軸に沿って進退可能かつ軸周方向には回転しないように取り付けられている可動プーリ片とを備え、固定プーリ片と可動プーリ片との間隔は変速操作手段により調整されるようにしてあり、固定プーリ片と可動プーリ片は、それぞれVベルトが巻き掛けられる摩擦伝導面を有し、両摩擦伝導面には、可動プーリ片が固定プーリ片側へ動くことにより、相互に噛み合う事が出来る収容部と挿入部が周方向へ交互に設けられており、挿入部の表面は摩擦伝導面を構成している、無段変速装置。
Vベルトの張力を摩擦伝導面に対し滑らないよう調整するテンショナーを備えている、請求項1の無段変速装置。
請求項1または2記載の無段変速装置が、駆動側の回転軸または従動側の回転軸あるいは双方の回転軸に設けられている、無段変速装置付自転車。